(57)【要約】【課題】使用環境等に依らずに高コントラストの表示が可能な低消費電力の表示システムを提供する。【解決手段】本発明の表示システム１は、可視光が照射されていない状態で略全ての可視波長域の光に対する吸収性を有しており、可視光が照射されることにより特定の可視波長域の光の吸収性が消失する第１反応が生じ、第１反応が生じた後で紫外光が照射されることにより可視波長域の光の吸収性が発生する第２反応が生じるフォトクロミック材料からなる反応層８を備えた表示体３と、可視光を射出する可視光源９を備え、表示体３に可視光源９から可視光を投射して反応層８に画像を書き込むプロジェクタ４と、反応層８に紫外光を照射する紫外光源５と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光が照射されていない状態で略全ての可視波長域の光に対する吸収性を有しており、前記可視光が照射されることにより特定の可視波長域の光の吸収性が消失する第１反応が生じ、前記第１反応が生じた後で紫外光が照射されることにより前記可視波長域の光の吸収性が発生する第２反応が生じるフォトクロミック材料からなる反応層を備えた表示体と、
前記可視光を射出する可視光源を備え、前記表示体に前記可視光源から前記可視光を投射して前記反応層に画像を書き込む投射装置と、
前記反応層に前記紫外光を照射する紫外光源と、を備えたことを特徴とする表示システム。
【請求項２】
前記紫外光源が、前記反応層の全領域に前記紫外光を照射可能であることを特徴とする請求項１に記載の表示システム。
【請求項３】
前記紫外光源が、前記反応層の特定の領域のみに選択的に前記紫外光を照射可能であることを特徴とする請求項１に記載の表示システム。
【請求項４】
前記紫外光源は、前記投射装置に供給される画像信号に基づいて特定の画像が表示された領域にのみ前記紫外光を照射することを特徴とする請求項３に記載の表示システム。
【請求項５】
前記表示体および前記紫外光源の視認側に、前記紫外光を遮断する紫外光遮断層が設けられたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の表示システム。
【請求項６】
前記反応層を構成するフォトクロミック材料として、銀粒子を担持させた酸化チタン膜を用いたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面ディスプレイによる表示が大きな注目を集めている。例えば広告やサイネージ向け等の用途として、電子ペーパー、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、プロジェクタ、発光ダイオードアレイ等の方式の表示装置が用いられている。電子ペーパーやＦＰＤでは表示領域と同サイズのアクティブマトリクス基板を作製しなければならず、１００インチ以上の大画面ディスプレイを実現するのは技術的、価格的に困難である。それに対して、プロジェクタの場合は比較的安価に大画面ディスプレイを実現することができる。
【０００３】
しかしながら、プロジェクタの場合、光を照射しないことで黒を表現するため、外光がスクリーンにあたると黒表示であるべき部分が明るくなる、いわゆる黒浮きが生じる。この黒浮きは、コントラストの低下や暗部階調の再現性の低下といった問題を引き起こす。このように、プロジェクタの画質は使用環境に大きく影響を受けるという問題点があり、使用環境によらずに高いコントラストが確保できるプロジェクションシステムの提供が望まれている。
【０００４】
高いコントラストを実現し得るスクリーンの例として、プロジェクタから射出される光の３原色波長領域の光に対して高い反射特性を有し、３原色波長領域以外の波長領域の光に対して高い吸収特性を有する反射拡散層を備えたスクリーンが提案されている（例えば特許文献１参照）。また、高分子と液晶とからなる層を２枚の透明基板で挟持し、高分子の配向方向に偏光した光だけを散乱させることで高コントラストを実現するスクリーンが開示されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７０９５９号公報
【特許文献２】特開平６−３０１００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１，２のスクリーンを使用したところで、現状のプロジェクタが持つコントラストを維持するのが精一杯であり、それ以上のコントラストを得ることは難しい。特に、プロジェクタを屋外で使用する場合には他の表示デバイスに比べて輝度が劣るため、画像が見難いという欠点がある。さらに、プロジェクタは光の投射を止めると画像が消えてしまうため、広告、サイネージ向け等の用途を考えると、常時点灯し続けなければならない。そのため、消費電力が増大し、より低消費電力化が図れるシステムの提供が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、使用環境等に依らずに高コントラストの表示が可能な低消費電力の表示システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の表示システムは、可視光が照射されていない状態で略全ての可視波長域の光に対する吸収性を有しており、前記可視光が照射されることにより特定の可視波長域の光の吸収性が消失する第１反応が生じ、前記第１反応が生じた後で前記紫外光が照射されることにより前記可視波長域の光の吸収性が復活する第２反応が生じるフォトクロミック材料からなる反応層を備えた表示体と、前記可視光を射出する可視光源を備え、前記表示体に前記可視光源から前記可視光を投射して前記反応層に画像を書き込む投射装置と、前記反応層に前記紫外光を照射する紫外光源と、を備えたことを特徴とする。
なお、本明細書で言う「画像」とは、絵や写真のみならず、文字、記号等を含めた表示内容の全てを指す。
【０００８】
ところで、フォトクロミズムとは、光の照射によって物質の光学的特性が可逆的に変化する現象のことを言い、このような現象を生じる物質をフォトクロミック材料と言う。フォトクロミック材料は調光ガラス、光ディスク等の分野への応用が検討されている。本発明者は、このフォトクロミック材料を書き込み消去可能な表示体に応用し、この表示体を含む表示システムを構築することを創案した。
【０００９】
本発明においては、所定の特性を有するフォトクロミック材料からなる反応層に投射装置から可視光を照射することによって、反応層上の可視光の照射領域に特定の可視波長域の光吸収性が消失する第１反応が生じる。このとき、その照射領域では特定の可視波長域の光が反射または透過する状態に変化し、表示体上に画像が書き込まれる。この種のフォトクロミック材料を用いた場合、次に紫外光が照射されるまでの間は特定の可視波長域の光が反射または透過する状態が維持される、すなわち画像が維持される。したがって、表示体に画像を書き込んだ後は投射装置からの可視光の照射を止めることができる。そして、表示を消去したい場合は、紫外光源から表示体に紫外光を照射することにより、可視波長域の光の吸収性が復活する第２反応が生じ、反応層は再び略全ての可視波長域の光の吸収性を有するように変化し、画像が消去される。画像を書き換える場合は投射装置から再度表示体に画像を投射すれば良い。
【００１０】
このように、本発明の表示システムによれば、投射光による画像に加えて、表示体上に直接書き込んだ画像で表示が行えるため、コントラストに優れた画像を得ることができる。また、画像を書き込んだ後に投射装置を消灯できるため、消費電力を削減することができる。また、表示体を大画面化しても、表示体に均一に反応層を形成するだけで良く、アクティブマトリクス回路を作り込む必要がないため、安価な大画面表示システムが実現できる。さらに、表示体自体が一つの仕様であっても、如何なるプロジェクタを組み合わせるかによって、画面のサイズ、形状、解像度、画素数等を自由に設定できる。
【００１１】
また、本発明において、前記紫外光源として、前記反応層の全領域に前記紫外光を照射可能であるものを用いることができる。
本構成によれば、紫外光源を厳密に制御することなく、紫外光の照射、非照射を制御するのみの簡易な構成によって、全面的な画像の消去、書き換えを行うことができる。
【００１２】
また、本発明において、前記紫外光源として、前記反応層の特定の領域にのみ選択的に前記紫外光を照射可能であるものを用いることができる。
本構成によれば、反応層の特定の領域にのみ選択的に紫外光が照射されるので、画像を部分的に消去、書き換えることが可能となり、表示画像の表現力を高めることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記紫外光源として、前記投射装置に供給される画像信号に基づいて特定の画像が表示された領域にのみ前記紫外光を照射するものを用いることができる。
本構成によれば、画像信号に基づいて特定の画像が表示された領域のみに紫外光が照射されるので、画像の内容に応じて全体の画像内の特定の画像のみを消去、書き換えることができる。
【００１４】
また、本発明において、前記表示体および前記紫外光源の視認側に、前記紫外光を遮断する紫外光遮断層が設けられた構成としても良い。
本構成によれば、表示体および紫外光源の視認側に紫外光遮断層が設けられているので、表示体に例えば太陽光等の外光が入射したとき、外光中に含まれる紫外成分によって画像が消去されるのを防止できる。また、紫外光源から射出される紫外光が観察者側に漏れ出るのを防止できる。
【００１５】
また、本発明において、前記反応層を構成するフォトクロミック材料として、銀粒子を担持させた酸化チタン膜を用いることができる。
本構成によれば、フォトクロミック材料として銀粒子を担持させた酸化チタン膜を用いているので、酸化還元反応を伴って上記の第１反応、第２反応を確実に発現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態の表示システムは、投射装置としてフロント型プロジェクタを用い、紫外光源がプロジェクタの外部に独立して設置された例である。
図１は、本実施形態の表示システムの概略構成を示す側面図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、本表示システムの画像表示から画像消去までの手順を説明するための図である。図３は本表示システムの駆動方法を説明するための図である。以下の図面では各構成要素を見やすく示すため、各構成要素の縮尺、寸法の比率等は適宜実際と異ならせてある。
なお、以下の説明では、表示システムの視認側（観察者側）を前面、視認側（観察者側）と反対側を背面と呼ぶこともある。
【００１７】
本実施形態の表示システム１は、図１に示すように、筐体２と、表示体３と、プロジェクタ４（投射装置）と、紫外光源５と、ＵＶカットフィルタ６（紫外光遮断層）と、を備えている。筐体２は枠状に形成されており、筐体２の背面側には平板状の表示体３が設置され、筐体２の前面側には紫外光を遮断するＵＶカットフィルタ６が設置されている。
【００１８】
表示体３は、例えばガラス板等からなる支持板７の表面に、フォトクロミック材料からなる反応層８が形成されたものである。本実施形態では、フォトクロミック材料として、数Å〜数十ｎｍのサイズの微小空間を有するナノポーラス酸化チタン膜に銀ナノ粒子を担持させたものを用いている。この表示体３を製作する際には、ガラス板等の支持板７上に酸化チタンナノ粒子をバインダとともに塗布し、これを加熱して硬化させ、ナノポーラス酸化チタン膜とする。次いで、酸化チタン膜上に銀イオンを含む溶液を塗布し、これに紫外光を照射すると、酸化チタンの光触媒反応により銀イオンが還元されて銀ナノ粒子となる。このとき、酸化チタン膜のナノポア（ナノメートルサイズの細孔）が鋳型となり、種々のサイズ、形状を有する銀ナノ粒子が生成される。
【００１９】
上記の手順で形成された反応層８において、各銀ナノ粒子は、種々のサイズ、形状を有しているため、それぞれが異なる波長域の光を吸収する性質を発現する。したがって、反応層８全体としては、略全ての可視波長域の光を吸収する性質を発現し、黒褐色を呈する。このような特有の光吸収性により、例えば緑色の強度の強い光を反応層８に照射すると、緑色の波長域の光を吸収し得る粒子のみ、電子が励起され、酸素に奪われて無色の銀イオンに酸化される。すると、緑色光は吸収されなくなるため、光が照射された部分の反応層８は緑色に見えるようになる（特許請求の範囲における「第１反応」に相当）。その後、紫外光を反応層８に照射すると、無色の銀イオンが還元され、略全ての可視波長域の光吸収性が復活する結果、緑色に見えていた領域も含め、反応層８全体が黒褐色を呈する（特許請求の範囲における「第２反応」に相当）。
【００２０】
本実施形態においては、表示体３の反応層８が形成された側の面が視認側に配置されている。筐体２と表示体３とＵＶカットフィルタ６とに囲まれた空間内の表示体３の視認側下部には、画像形成用の可視光を射出するプロジェクタ４と、画像消去用の紫外光を射出する紫外光源５と、が設置されている。ここで用いるプロジェクタ４はフロント型プロジェクタであれば良く、例えば光変調器（ライトバルブ）の種類や数、光源の種類等は特に限定されるものではないが、本実施形態では超高圧水銀ランプ等の白色光源９（可視光源）を備えたプロジェクタの例で説明する。また、紫外光源５は、射出される紫外光が表示体３の全面に照射されるように設定されている。
【００２１】
次に、上記構成の表示システムを用いて画像を表示する手順について説明する。
画像を表示する際には、図２（ａ）に示すように、プロジェクタ４から可視光を射出し、表示体３上に任意の画像Ａ，Ｂを投影する。このとき、表示体３の反応層８では、上述したように、照射された特定波長域の光に対する吸収性が消失する反応が生じるため、表示体３上に画像Ａ，Ｂが書き込まれる。そして、表示体３上の各領域で特定波長域の光に対する吸収性が消失した状態が維持されるため、図２（ｂ）に示すように、プロジェクタ４を消灯して投影を止めても、表示体３上には画像Ａ，Ｂが表示されたままである。その後、画像Ａ，Ｂを消去する場合には、図２（ｃ）に示すように、紫外光源５から表示体３に紫外光を照射すれば、反応層８で略全ての可視波長域の光吸収性が復活する反応が生じ、画像Ａ，Ｂを消去することができる。画像を書き換える場合はプロジェクタ４から再度表示体３に画像を投射すれば良い。
【００２２】
したがって、表示システム１を駆動する際には、図３に示すように、第１段階としてプロジェクタ４から所定の輝度で可視光を投射して画像を書き込んだ後、第２段階としてプロジェクタ４を一旦消灯し、第３段階として紫外光源５から所定の輝度で紫外光を照射して画像を消去する。例えば、第１〜第３段階のサイクルを繰り返すことにより、所定時間おきに表示画像が切り替わる広告、サイネージ等を実現することができる。
【００２３】
本実施形態の表示システム１によれば、プロジェクタ４からの投射光による画像に加えて、表示体３上に書き込んだ画像で表示が維持されるため、コントラストに優れた画像を得ることができる。また、画像を書き込んだ後にプロジェクタ４を消灯できるため、例えば広告、サイネージ等、長時間の表示を行う用途に用いた場合でも、消費電力を削減することができ、環境負荷が少ないシステムを実現できる。また、紫外光源５が表示体３の全領域に紫外光を照射する構成であるため、紫外光源５を厳密に制御することなく、紫外光の照射、非照射を制御するのみの簡易な構成で全面的な画像の消去、書き換えが行える。
【００２４】
また、表示体３を大画面化しても、表示体３にアクティブマトリクス回路を作り込む必要がないため、安価な大画面表示システムが実現できる。さらに、表示体３自体は一つの仕様であっても如何なるプロジェクタ４を用いるかによって、画面の解像度、サイズ、形状、画素数等を自由に規定できる。
【００２５】
また、表示体３および紫外光源５の視認側にＵＶカットフィルタ６が設けられているため、表示体３に例えば太陽光等の外光が入射したとき、外光中に含まれる紫外成分によって画像が消去されるのを防止できる。また、紫外光源５から射出される紫外光が観察者側に漏れ出るのを防止できる。また、反応層８を構成するフォトクロミック材料として銀ナノ粒子を担持させた酸化チタン膜を用いているので、上記の２つの反応を確実に発現させることができる。
【００２６】
なお、上記実施形態では超高圧水銀ランプ等の白色光源を備えたプロジェクタ４を用いた例を示したが、この構成に代えて、可視光レーザを光源に用いたプロジェクタを用いても良い。その場合、可視光レーザから射出されるレーザ光をライトバルブによって変調し、画像を形成する形態のプロジェクタを用いても良いし、レーザ光自体を変調し、ガルバノミラーやＭＥＭＳスキャナー等のミラーで変調レーザ光を表示体上へ走査して画像を形成するプロジェクタを用いても良い。レーザ光源を用いた場合、ランプからの光に比べてレーザ光が狭い波長領域を有しているため、僅かな光量でもレーザ光に対応した波長の光を反射する銀ナノ粒子を生成できるため、応答性に優れた表示を実現できる。
【００２７】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図４、図５を用いて説明する。
本実施形態の表示システムの基本構成は第１実施形態と略同様であり、第１実施形態ではプロジェクタの外部に紫外光源を設け、紫外光を表示体の全面に照射していたのに対し、本実施形態ではプロジェクタ内に紫外光源を内蔵し、紫外光を表示体の一部に選択的に照射する点が異なっている。
図４は、本実施形態の表示システムの概略構成を示す側面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、本表示システムの画像表示から画像消去までの手順を説明するための図である。
【００２８】
本実施形態の表示システム１１においては、図４に示すように、プロジェクタ１４の内部に白色光源９（可視光源）と紫外光源５とが組み込まれている。白色光源９から射出される可視光の変調に係る部分については従来の種々の構成を用いることができる。紫外光源５から射出される紫外光については、デジタルマイクロミラー（ＤＭＤ）等のライトバルブを用いて変調し、変調した紫外光を表示体３の一部に照射するとともに、照射領域を任意に選択することができる。液晶ライトバルブの場合は紫外光に対する耐性が小さく、紫外光の変調は困難であるが、ＤＭＤ等のライトバルブであれば、紫外光に対する耐性が大きく、紫外光の変調が可能である。よって、本実施形態ではＤＭＤ等のライトバルブを用いることが望ましい。その場合、図３に示したように、可視光の変調と紫外光の変調は異なる期間で行われるため、可視光の変調と紫外光の変調の双方を一つのＤＭＤライトバルブでこなすことができる。
【００２９】
画像を表示する際には、図５（ａ）に示すように、プロジェクタ１４から可視光を射出し、表示体３上に任意の画像Ａ，Ｂを投影する。そして、図５（ｂ）に示すように、プロジェクタ１４を消灯して投影を止めても、表示体３上には画像Ａ，Ｂが表示されたままである。以上は、第１実施形態と同様である。その後、画像を消去する方法が第１実施形態と異なっており、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）で示した画像Ａ，Ｂの投影時に用いた画像信号に基づいて紫外光を変調し、画像Ａ，Ｂのうち、特定の画像、例えば画像Ｂの表示領域のみに紫外光を照射すれば、画像Ｂのみを選択的に消去することができる。画像を書き換える場合はプロジェクタ４から再度表示体に画像を投射すれば良い。
【００３０】
本実施形態の表示システム１１においても、コントラストに優れた画像が得られる、消費電力を削減でき、環境負荷が少ないシステムを実現できる、安価な大画面表示システムが実現でき、画面の解像度、サイズ、形状、画素数等を自由に規定できる、等の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の場合、全体の画像内の特定の画像のみを消去、書き換えられるため、画像の表現力を増すことができる。
【００３１】
上記実施形態では、紫外光をＤＭＤ等のライトバルブで変調する例を示したが、この構成に代えて、紫外光を変調し、ガルバノミラーやＭＥＭＳスキャナー等のミラーで紫外光を表示体３上へ走査して一部の画像のみを消去する構成としても良い。また、必ずしも画像信号に基づいて紫外光を照射しなくても良く、画像の内容に係わらず、表示体の全領域のうちの常に決まった領域を消去するという構成でも良い。例えば広告、サイネージ等への応用を考えた場合に、表示体上で絵を表示する領域と文字を表示する領域が固定されており、絵と文字のいずれか一方の表示をそのまま残し、他方の表示のみを書き替えることも可能である。
【００３２】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について図６を用いて説明する。
第１、第２実施形態ではフロント型の表示システムの例を示したが、本実施形態ではリア型の表示システムの例を示す。
図６は、本実施形態の表示システムの概略構成を示す側面図である。
【００３３】
本実施形態の表示システム２１は、図６に示すように、表示体２３の背面側に白色光源９を備えたプロジェクタ４と紫外光源５とが配置されている。表示体２３を構成する支持板７の背面側に、第１実施形態で説明したフォトクロミック材料からなる反応層８が形成されている。また、支持板７の前面側に、ＵＶカット層２６（紫外光遮断層）が形成されている。
【００３４】
本実施形態の表示システム２１においても、コントラストに優れた画像が得られる、消費電力を削減でき、環境負荷が少ないシステムを実現できる、安価な大画面表示システムが実現でき、画面の解像度、サイズ、形状、画素数等を自由に規定できる、等の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記第１、第２実施形態では、反応層が形成された側の面が視認側に向くように表示体を配置したが、これとは逆に、反応層が形成された側の面が背面側に向くように表示体を配置しても良い。同様に、上記第３実施形態では、反応層が形成された側の面が背面側に向くように表示体を配置したが、これとは逆に、反応層が形成された側の面が前面側に向くように表示体を配置しても良い。ただし、その場合は反応層上にＵＶカット層を積層する必要がある。その他、表示システムの各部の具体的な構成については、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態の表示システムを示す側面図である。
【図２】本表示システムの画像表示の手順を説明するための図である。
【図３】本表示システムの駆動方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態の表示システムを示す側面図である。
【図５】本表示システムの画像表示の手順を説明するための図である。
【図６】本発明の第３実施形態の表示システムを示す側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，１１，２１…表示システム、３，２３…表示体、４，１４…プロジェクタ（投射装置）、５…紫外光源、６…ＵＶカットフィルタ（紫外光遮断層）、８…反応層、９…白色光源（可視光源）、２６…ＵＶカット層（紫外光遮断層）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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